第四章 軟硬體設計與實現
4.6 主機端程式設計
4.6.1 整體架構
主機端程式目的是用來處理語音訊號，使其經過VAD和Dahl，s
Algorithm的處理，並即時性的用喇叭播出處理結果，軟體架構圖如 2.5.3 節所述。
而主機端軟體編譯環境為Microsoft Visual C++，並將使用者介面寫成 視窗形式以方便使用者操作，而程式中VAD和Dahl，s Algorithm的結合是使 用multithread方式來處理。在實做上，因為考慮到有限的資源達到最好的 效能，因此架構採取2.5.3 節所述架構，音訊信號經由麥克風陣列擷取後 會直接通過Lower Beamformer，並再通過VAD的判定，若為真人語音，訊 號會直接由喇叭播出。若為非真人語音，系統會將非真人語音的原始訊號
（未通過Lower Beamformer）做適應性的調整，並將調整後的係數傳遞給 Lower Beamformer。其流程圖如圖 4-10 所示。而VAD判定為非真人語音有 兩種情況，第一為真人語音字尾後，第二為音訊能量小於某個臨界值，而 Lower Beamformer率波係數則是在第二種情況下會去更新。
開 始
使 用 者 輸 入 參 數 初 始 值
開 啟 USB驅 動 程 式 設 定 USB接 收 資 訊 及
DirectSound
錄 製 使 用 者 聲 音 以 供 Dahl's Algorithm處 理
錄 製 雜 訊 聲 音 以 供 D Algorithm處 理
ahl's
空 間 濾 波 器 輸 出
適 應 性 調 整 空 間 濾 波 器 非 真 人 語 音 輸 出
真 人 語 音 輸 出 否 是
VAD判 定
真 人 語 音
非 真 人 語 音 能 量 < 臨 界 值 更 新 空 間 濾 波
器 濾 波 係 數
否 是
圖4-10：主機端軟體流程圖
4.6.2 Intel Math Kernel Library（MKL）[26]
Intel Math Kernel Library（MKL）為一套專門對 Intel CPU 平台系列作 數學式子最佳化加速動作的函式庫，如果電腦有多顆處理器，則可以啟動 OpenMP 平行計算如此更可加快運算速度。其 MKL 可用於 C 語言和 Fortran 介面，並包含包括線性代數運算、FFT 等最佳化的函式。
在主機端程式中，VAD 或高階 LMS 演算法皆需要龐大的計算量，為了 使系統達到即時的效果，主機端程式會加入MKL 所提供的函式，圖 4-11 為作Normalize LMS 演算法加入 MKL 函式和沒加入 MKL 函式所花的時 間比較圖。
圖4-11：計算 Normalize LMS 使用與未使用 MKL 比較圖
10000 次的 Normalize LMS，濾波器階數與所花時間的 比較圖，橫軸為Normalize LMS 階數，縱軸為所花時間，從圖中可發現當 圖4-11 中顯示了作
階數在100 階時使用 M 差距不大，但當階數愈 了5.936 s，因此若以 MKL
ect X[27]
Microsoft DirectX 是提供給遊戲開發者一個應用程式選項，遊戲開發 台，並在此平台建立一個遊戲或多
媒體軟體。而為了讓空間濾波器處理完的資料 時性地播出，我們
了DirectSound 是
DirectX 中，提供 Wave 類型的音效處理介面，音效處理的觀念如下：
1、 裝置物件(Device Object)：DirectSound 裝置物件是在程式中呼 叫DirectX API 的函數來建立，它是一個代表程式所使用的音 效輸出入裝置的物件，在物件裝置之後才能進一步設定裝置的 協調層級，建立主緩衝區與次緩衝區。
2、 協調層級(Cooperative Level)：Windows 是一個多工作業系統，
在同一時間可能會多程式用到相同的硬體資源，因此當音效裝 置物件建立之後，還要設定程式對於裝置的使用權限，也就是 協調層級。
3、 主緩衝區(Primary Buffer)：主緩衝區是用來儲存要播放聲音資 料的記憶體區域。當裝置物件建立時，主緩衝區便會自動產生。
4、 次緩衝區(Secondary Buffer)：次緩衝區是儲存聲音資料記憶體 區域，可以有很多個，其中的聲音資料可被放置到主緩衝區來
行播放位置的通知，如此載入資料到次緩衝區後，即可馬上被複製到主緩 衝區，將聲音播放出來。而要將聲音載入到次緩衝區中，必須進行三個動 作：鎖定次緩衝區、載入資料到次緩衝區、解除鎖定次緩區。在此過程中 定次緩衝區的用意，是為了防止資料尚未複製到次緩衝區之前的任何不
為聲音播放的架構圖 鎖
當的存取動作。圖4-12
聲音 載入 次緩衝區 複製 主緩衝區 撥放 喇叭
圖 4-12：聲音播放架構圖
圖4-12 中的 循環緩衝區觀
但在實作上， 是為了容許資料緩衝區
所產 所有
與播放位置
緩衝區為一循環緩衝區，圖4-13 顯示出順著箭頭播放與寫入位置的
念。只要把資料寫在亮區而非暗區的話，無論寫在哪都是安全的，
應讓資料在現行寫入位置到達之前寫入，這
生的 延遲。
現 行 寫 入 位 置
圖4-13：循環緩衝區之現行寫入
現 行 撥 放 位 置